一种封闭自疏通式生物滤膜组件的制作方法

本发明涉及生物反应技术领域，更具体地说，涉及一种封闭自疏通式生物滤膜组件。

背景技术：

生物膜反应器是在反应器中添加各种填料以便微生物附着生长使在填料上形成了一层生物构成的类似于膜的结构，这样的反应器才被称为生物膜反应器，生物膜法是污水生物处理主要技术之一，它与活性污泥法并列，既是古老的、又是发展中的污水生物处理技术。生物膜法是根据土壤自净的原理发展起来的。

传统的活性污泥工艺广泛地应用于各种污水处理中。由于采用重力式沉淀方式作为固液分离手段，因此带来了很多方面的问题。如固液分离效率不高、处理装置容积负荷低、占地面积大、出水水质不稳定、传氧效率低、能耗高以及剩余污泥产量大等等。传统生物处理工艺处理后的水难以满足越来越严格的污水排放标准，同时，经济的发展所带来的水资源的日益短缺也迫切要求开发合适的污水资源化技术，以缓解水资源的供需矛盾。在上述背景下，一种新型的水处理技术（mbr）应运而生。随着膜分离技术和产品的不断开发，(mbr)也更具有实用价值，近年来许多国家都投入了大量资金用于开发此项高新技术。

mbr是指将超、微滤膜分离技术与污水处理中的生物反应器相结合而成的一种新的污水处理装置。这种反应器综合了膜处理技术和生物处理技术带来的优点。超、微滤膜组件作为泥水分离单元，可以完全取代二次沉淀池。超、微滤膜截留活性污泥混合液中微生物絮体和较大分子有机物，使之停留在反应器内，使反应器内获得高生物浓度，并延长有机固体停留时间，极大地提高了微生物对有机物的氧化率。同时，经超、微滤膜处理后，出水质量高，可以直接用于非饮用水回用。系统几乎不排剩余污泥，且具有较高的抗冲击能力。因此，mbr是当今倍受国内外专家学者重视的一项高新水处理技术。

在mbr工艺中，超、微滤膜分离的对象是活性污泥混合液。活性污泥混合液主要包括活性污泥和被处理的污水，而活性污泥是由各种胶体、絮状物和微生物（绝大部分是各种细菌）组成。膜组件长期过滤活性污泥混合液时，污染物不断地在膜表面沉积，细菌不断地向膜内部繁殖，使其生成的代谢产物在膜孔中沉淀，进而引起膜孔堵塞，使膜的通量下降，膜寿命缩短，工艺运行费用增加，此外微生物生长繁殖等生命活动需要氧气的供养，现有的曝气设备运行成本高，尽管在mbr工艺中采用间歇式运行的方式，氧利用率也得以提高，但是仍然存在高能耗和氧浪费的现象，以上两点制约了生物滤膜用于污水处理的进一步发展。

技术实现要素：

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种封闭自疏通式生物滤膜组件，它可以实现无需外界的曝气设备在过滤过程中为微生物实时供氧，只需在过滤前向变形蓄氧球内输送氧气至饱和即可，在过滤时由管式过滤网先行过滤掉部分较大直径的污染物，然后由培养有微生物的自疏通滤片进行精细过滤和污染物分解，在此过程中，由于水流的冲击作用变形蓄氧球出现晃动现象，其内的能量转化球将动能实时转化热能，利用的气体的受热膨胀特性来迫使输送的氧气从半透膜中向自疏通滤片释放，一方面起到对微生物的缓释供养作用，维持微生物生命活动所需的同时减少氧气的无谓消耗，另一方面气体相比于水来说更容易疏通自疏通滤片内被污染物和微生物代谢物堵住的孔道，且配合污水形成的气泡在爆炸冲击时也能起到疏通孔道的作用，实现封闭过滤且实时自疏通的作用。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种封闭自疏通式生物滤膜组件，包括自疏通滤片，所述自疏通滤片上培养有微生物，所述自疏通滤片上下两端分别安装有管式过滤网和微滤膜，所述自疏通滤片上端开凿有多个均匀分布的固定孔，所述固定孔内固定连接有变形蓄氧球，所述变形蓄氧球包括固定部、形变部和振动部，且固定部、形变部和振动部上下依次分布并相互之间固定连接，所述固定部与固定孔相匹配且延伸出自疏通滤片上侧，所述自疏通滤片内端开凿有多个与固定孔相连通的扰动孔，且扰动孔与振动部相匹配，所述自疏通滤片上端还开凿有多个均匀分布的蓄水孔，且蓄水孔与变形蓄氧球之间交错分布，所述变形蓄氧球内端固定连接有半透膜，所述变形蓄氧球内底端固定连接有弹性支杆，所述弹性支杆上端固定连接有能量转化球，所述变形蓄氧球内底端还固定连接有弹性气囊，且弹性气囊套在弹性支杆和能量转化球外侧，所述弹性气囊内填充有热膨胀气体，所述弹性气囊与半透膜之间填充有纯氧。

进一步的，所述固定部上端开凿有加料孔，所述加料孔内固定连接有橡胶塞，所述橡胶塞中心位置开凿有自密封孔，所述橡胶塞采用遇水膨胀橡胶材质，方便通过橡胶塞上的自密封孔向变形蓄氧球内输送氧气，遇水膨胀橡胶具有弹性形变恢复和遇水膨胀的特性，既可以实现变形后提供孔道的作用，同时恢复后孔道消失且在遇水时膨胀提高密封效果。

进一步的，所述管式过滤网内端开凿有网型流道，所述管式过滤网外端固定连接有相连通的进气管，所述管式过滤网下端固定连接有多个均匀分布的加气管，且加气管与变形蓄氧球相匹配并与网型流道相连通，管式过滤网在初步过滤大直径污染物的同时，减轻自疏通滤片和管式过滤网的过滤压力，同时可与下方的变形蓄氧球建立连通管路，方便直接输送氧气。

进一步的，所述固定部内端固定连接有定形环，且定形环位于橡胶塞正下方，定形环起到对橡胶塞的支撑和定形作用，避免橡胶塞在外力条件下出现较大变形从而影响密封导致氧气泄露的现象发生。

进一步的，所述固定部和振动部均采用不锈钢材质，且振动部上开凿有多个均匀分布的透气孔，所述形变部采用弹性材质，所述形变部内固定连接有多根回弹丝，利用形变部可形变的特性，使得变形蓄氧球在受到水流冲击上，振动部在扰动孔内进行高频晃动并实现后续的能量转化，回弹丝起到加强形变部的作用，不易出现弹性失效的现象。

进一步的，所述弹性支杆采用弹性材质，所述能量转化球内填充有多个生热铜球和导热体，弹性支杆可以在受力后利用弹性作用反复晃动，充分利用动能，生热铜球起到相互碰撞冲击从而实现将动能转化为热能的作用，导热体则起到导热作用，相比于空气导热来说具有良好的导热性。

进一步的，所述导热体为导热油和导热砂的混合物，且混合比例为1:0.1-0.2，合适的填充比例可以充分提高导热体的导热性，导热砂填充过多导致能量转化球重量较大，在受力时晃动幅度较小，动能利用率较低，导热砂填充过少则导热性有所下降，因为生热铜球在冲击分布更广的导热砂时也会产生一定的热能。

进一步的，所述蓄水孔包括上下分布且一体成型的引流部和加速部，所述引流部的截面呈开口向上且坡度较大的抛物线形，所述加速部呈半径自上至下逐渐变小的圆台状，所述加速部底端固定连接有相匹配的密封柱，引流部起到引流的作用，用来聚集污水，加速部起到变径加速的作用，利用流速的冲击缓解自疏通滤片内孔道的堵塞现象，密封柱起到滞留污水的作用，使得污水只能从四周充分过滤后流下，提高过滤效果。

进一步的，所述热膨胀气体为二氧化碳，二氧化碳相比于氧气和空气来说具有良好的热膨胀系数，在受热后膨胀的空间较大，便于挤压氧气进行释放。

进一步的，所述自疏通滤片采用活性炭纤维和超细纤维混合制成，且混合比例为1:0.05-0.1，活性炭纤维相比于颗粒活性炭和粉末活性炭，拥有更大的比表面积和多孔隙结构，一方面过滤效果更好，另一方面可以提供微生物更好的反应面和生存环境，同时活性炭纤维更容易制成强度高的片状，而超细纤维一方面起到对活性炭纤维补强的作用，提高其机械强度，另一方面其自身也具有吸附能力，且能进一步提高对污水的滞留作用。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本方案可以实现无需外界的曝气设备在过滤过程中为微生物实时供氧，只需在过滤前向变形蓄氧球内输送氧气至饱和即可，在过滤时由管式过滤网先行过滤掉部分较大直径的污染物，然后由培养有微生物的自疏通滤片进行精细过滤和污染物分解，在此过程中，由于水流的冲击作用变形蓄氧球出现晃动现象，其内的能量转化球将动能实时转化热能，利用的气体的受热膨胀特性来迫使输送的氧气从半透膜中向自疏通滤片释放，一方面起到对微生物的缓释供养作用，维持微生物生命活动所需的同时减少氧气的无谓消耗，另一方面气体相比于水来说更容易疏通自疏通滤片内被污染物和微生物代谢物堵住的孔道，且配合污水形成的气泡在爆炸冲击时也能起到疏通孔道的作用，实现封闭过滤且实时自疏通的作用。

（2）固定部上端开凿有加料孔，加料孔内固定连接有橡胶塞，橡胶塞中心位置开凿有自密封孔，橡胶塞采用遇水膨胀橡胶材质，方便通过橡胶塞上的自密封孔向变形蓄氧球内输送氧气，遇水膨胀橡胶具有弹性形变恢复和遇水膨胀的特性，既可以实现变形后提供孔道的作用，同时恢复后孔道消失且在遇水时膨胀提高密封效果。

（3）管式过滤网内端开凿有网型流道，管式过滤网外端固定连接有相连通的进气管，管式过滤网下端固定连接有多个均匀分布的加气管，且加气管与变形蓄氧球相匹配并与网型流道相连通，管式过滤网在初步过滤大直径污染物的同时，减轻自疏通滤片和管式过滤网的过滤压力，同时可与下方的变形蓄氧球建立连通管路，方便直接输送氧气。

（4）固定部内端固定连接有定形环，且定形环位于橡胶塞正下方，定形环起到对橡胶塞的支撑和定形作用，避免橡胶塞在外力条件下出现较大变形从而影响密封导致氧气泄露的现象发生。

（5）固定部和振动部均采用不锈钢材质，且振动部上开凿有多个均匀分布的透气孔，形变部采用弹性材质，形变部内固定连接有多根回弹丝，利用形变部可形变的特性，使得变形蓄氧球在受到水流冲击上，振动部在扰动孔内进行高频晃动并实现后续的能量转化，回弹丝起到加强形变部的作用，不易出现弹性失效的现象。

（6）弹性支杆采用弹性材质，能量转化球内填充有多个生热铜球和导热体，弹性支杆可以在受力后利用弹性作用反复晃动，充分利用动能，生热铜球起到相互碰撞冲击从而实现将动能转化为热能的作用，导热体则起到导热作用，相比于空气导热来说具有良好的导热性。

（7）导热体为导热油和导热砂的混合物，且混合比例为1:0.1-0.2，合适的填充比例可以充分提高导热体的导热性，导热砂填充过多导致能量转化球重量较大，在受力时晃动幅度较小，动能利用率较低，导热砂填充过少则导热性有所下降，因为生热铜球在冲击分布更广的导热砂时也会产生一定的热能。

（8）蓄水孔包括上下分布且一体成型的引流部和加速部，引流部的截面呈开口向上且坡度较大的抛物线形，加速部呈半径自上至下逐渐变小的圆台状，加速部底端固定连接有相匹配的密封柱，引流部起到引流的作用，用来聚集污水，加速部起到变径加速的作用，利用流速的冲击缓解自疏通滤片内孔道的堵塞现象，密封柱起到滞留污水的作用，使得污水只能从四周充分过滤后流下，提高过滤效果。

（9）热膨胀气体为二氧化碳，二氧化碳相比于氧气和空气来说具有良好的热膨胀系数，在受热后膨胀的空间较大，便于挤压氧气进行释放。

（10）自疏通滤片采用活性炭纤维和超细纤维混合制成，且混合比例为1:0.05-0.1，活性炭纤维相比于颗粒活性炭和粉末活性炭，拥有更大的比表面积和多孔隙结构，一方面过滤效果更好，另一方面可以提供微生物更好的反应面和生存环境，同时活性炭纤维更容易制成强度高的片状，而超细纤维一方面起到对活性炭纤维补强的作用，提高其机械强度，另一方面其自身也具有吸附能力，且能进一步提高对污水的滞留作用。

附图说明

图1为本发明的爆炸图；

图2为本发明自疏通滤片部分的结构示意图；

图3为图2中a处的结构示意图；

图4为本发明能量转化球运动状态下的结构示意图；

图5为本发明变形蓄氧球正常状态下的结构示意图；

图6为本发明变形蓄氧球供氧状态下的结构示意图。

图中标号说明：

1自疏通滤片、2管式过滤网、3微滤膜、4变形蓄氧球、401固定部、402形变部、403振动部、5蓄水孔、51引流部、52加速部、6加气管、7固定孔、8扰动孔、9橡胶塞、10定形环、11密封柱、12半透膜、13弹性支杆、14能量转化球、15弹性气囊、16回弹丝、17生热铜球、18导热体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1，一种封闭自疏通式生物滤膜组件，包括自疏通滤片1，自疏通滤片1上培养有微生物，自疏通滤片1上下两端分别安装有管式过滤网2和微滤膜3，管式过滤网2内端开凿有网型流道，管式过滤网2外端固定连接有相连通的进气管，管式过滤网2下端固定连接有多个均匀分布的加气管6，且加气管6与变形蓄氧球4相匹配并与网型流道相连通，管式过滤网2在初步过滤大直径污染物的同时，减轻自疏通滤片1和管式过滤网2的过滤压力，同时可与下方的变形蓄氧球4建立连通管路，方便直接输送氧气，自疏通滤片1上端开凿有多个均匀分布的固定孔7，固定孔7内固定连接有变形蓄氧球4。

请参阅图2-3，变形蓄氧球4包括固定部401、形变部402和振动部403，且固定部401、形变部402和振动部403上下依次分布并相互之间固定连接，固定部401与固定孔7相匹配且延伸出自疏通滤片1上侧，自疏通滤片1内端开凿有多个与固定孔7相连通的扰动孔8，且扰动孔8与振动部403相匹配，自疏通滤片1上端还开凿有多个均匀分布的蓄水孔5，且蓄水孔5与变形蓄氧球4之间交错分布，蓄水孔5包括上下分布且一体成型的引流部51和加速部52，引流部51的截面呈开口向上且坡度较大的抛物线形，加速部52呈半径自上至下逐渐变小的圆台状，加速部52底端固定连接有相匹配的密封柱11，引流部51起到引流的作用，用来聚集污水，加速部52起到变径加速的作用，利用流速的冲击缓解自疏通滤片1内孔道的堵塞现象，密封柱11起到滞留污水的作用，使得污水只能从四周充分过滤后流下，提高过滤效果，变形蓄氧球4内端固定连接有半透膜12，允许氧气通过而阻断水流，变形蓄氧球4内底端固定连接有弹性支杆13，弹性支杆13上端固定连接有能量转化球14，能量转化球14为铜制球壳，变形蓄氧球4内底端还固定连接有弹性气囊15，且弹性气囊15套在弹性支杆13和能量转化球14外侧，弹性气囊15内填充有热膨胀气体，热膨胀气体为二氧化碳，二氧化碳相比于氧气和空气来说具有良好的热膨胀系数，在受热后膨胀的空间较大，便于挤压氧气进行释放，弹性气囊15与半透膜12之间填充有纯氧。

请参阅图2，固定部401上端开凿有加料孔，加料孔内固定连接有橡胶塞9，橡胶塞9中心位置开凿有自密封孔，橡胶塞9采用遇水膨胀橡胶材质，方便通过橡胶塞9上的自密封孔向变形蓄氧球4内输送氧气，遇水膨胀橡胶具有弹性形变恢复和遇水膨胀的特性，既可以实现变形后提供孔道的作用，同时恢复后孔道消失且在遇水时膨胀提高密封效果，固定部401内端固定连接有定形环10，且定形环10位于橡胶塞9正下方，定形环10起到对橡胶塞9的支撑和定形作用，避免橡胶塞9在外力条件下出现较大变形从而影响密封导致氧气泄露的现象发生，固定部401和振动部403均采用不锈钢材质，且振动部403上开凿有多个均匀分布的透气孔，形变部402采用弹性材质，形变部402内固定连接有多根回弹丝16，利用形变部402可形变的特性，使得变形蓄氧球4在受到水流冲击上，振动部403在扰动孔8内进行高频晃动并实现后续的能量转化，回弹丝16采用高弹性材质，起到加强形变部402的作用，不易出现弹性失效的现象。

请参阅图4，弹性支杆13采用弹性材质，能量转化球14内填充有多个生热铜球17和导热体18，弹性支杆13可以在受力后利用弹性作用反复晃动，充分利用动能，生热铜球17起到相互碰撞冲击从而实现将动能转化为热能的作用，导热体18则起到导热作用，相比于空气导热来说具有良好的导热性，导热体18为导热油和导热砂的混合物，且混合比例为1:0.1-0.2，合适的填充比例可以充分提高导热体18的导热性，导热砂填充过多导致能量转化球14重量较大，在受力时晃动幅度较小，动能利用率较低，导热砂填充过少则导热性有所下降，因为生热铜球17在冲击分布更广的导热砂时也会产生一定的热能。

自疏通滤片1采用活性炭纤维和超细纤维混合制成，且混合比例为1:0.05-0.1，活性炭纤维相比于颗粒活性炭和粉末活性炭，拥有更大的比表面积和多孔隙结构，一方面过滤效果更好，另一方面可以提供微生物更好的反应面和生存环境，同时活性炭纤维更容易制成强度高的片状，而超细纤维一方面起到对活性炭纤维补强的作用，提高其机械强度，另一方面其自身也具有吸附能力，且能进一步提高对污水的滞留作用。

自疏通原理如下：在过滤过程中，水流对自疏通滤片1造成冲击，冲击力传递到振动部403时，在形变部402的弹性形变作用和扰动孔8提供的空间下进行高频振动，振动部403的振动力又传递至弹性支杆13和能量转化球14上，能量转化球14内的生热铜球17和导热体18出现晃动现象，其中生热铜球17在自身和与导热砂之间的碰撞冲击过程中将动能转化为热能，通过导热体18传递至能量转化球14并向弹性气囊15内的二氧化碳散发，二氧化碳受热膨胀开始挤压变形蓄氧球4内的氧气，氧气经过橡胶塞9和振动部403上的透气孔，向自疏通滤片1内的孔道释放，一方面可以冲击和疏通孔道内的堵塞物，另一方面可以向自疏通滤片1上培养的微生物提供生命活动所需的氧气，无需外界设备持续供氧，运行成本低且基本实现免维护。

本发明可以实现无需外界的曝气设备在过滤过程中为微生物实时供氧，只需在过滤前向变形蓄氧球4内输送氧气至饱和即可，在过滤时由管式过滤网2先行过滤掉部分较大直径的污染物，然后由培养有微生物的自疏通滤片1进行精细过滤和污染物分解，在此过程中，由于水流的冲击作用变形蓄氧球4出现晃动现象，其内的能量转化球14将动能实时转化热能，利用的气体的受热膨胀特性来迫使输送的氧气从半透膜12中向自疏通滤片1释放，一方面起到对微生物的缓释供养作用，维持微生物生命活动所需的同时减少氧气的无谓消耗，另一方面气体相比于水来说更容易疏通自疏通滤片1内被污染物和微生物代谢物堵住的孔道，且配合污水形成的气泡在爆炸冲击时也能起到疏通孔道的作用，实现封闭过滤且实时自疏通的作用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。